电液混合驱动三轴仿真转台设计

论文摘要

三轴仿真转台在半实物仿真过程中用来模拟物体飞行时的三个姿态,包括横滚、俯仰和偏航。理想情况下我们要求三轴台在半实物仿真系统中的传递函数为1,仅仅起到放大环节作用,无相位滞后和幅值衰减,但实际是无法做到的。为了减少半实物仿真过程中三轴转台的动态对系统其他环节的影响,应该尽可能提高三轴转台的频宽和精度指标。要想达到系统的频宽和精度要求,首先应保证机械结构的谐振频率为系统工作频率的3-5倍,不至于因发生机械谐振,而限制整个转台系统频宽和精度的提高。本文根据用户具体指标要求,对三轴仿真转台进行了机械结构设计,以三维软件CATIA和两维软件AutoCAD作为工具建立转台所有零件三维图和平面图纸;通过装配图提取了转台的基本结构参数,以ANSYS作为基本仿真工具,从静态方面分析校核了转台液压马达轴的扭转刚度和强度,保证其变形量在精度范围之内且具有足够强度;考虑到轴承对结构刚度影响很大,且难以准确模拟,本文给出了一种轴承简化模型,用来代替真实轴承,模拟实际轴承的轴向和径向刚度;分析了考虑轴承刚度和不考虑轴承刚度两种情况下转台内框架的模态,结果显示两种情况下模态差异较大,有轴承时的模态更符合真实情况,且满足系统要求;接着利用子结构法计算了外框架在考虑轴承刚度情况下的模态,基本符合系统要求的指标;利用ANSYS自带的伪密度拓扑优化工具分析优化了转台外框架的拓扑结构,得到了一种更加合理的外框架结构,优化后结构具有更高的模态;最后以三轴台外框系统为例,介绍了马达排量设计和伺服阀规格的选择方法,并对外框架液压系进行了建模和仿真,结果显示系统满足设计指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2.1 半实物仿真简介
• 1.2.2 转台结构特点
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势分析
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 三轴仿真转台总体结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 三轴台指标要求
• 2.3 内框驱动方案选择
• 2.3.1 内框驱动方案
• 2.3.2 负载安装方式
• 2.4 中框架驱动方案选择
• 2.4.1 中框驱动方案
• 2.4.2 中框液压马达
• 2.5 外框架结构和驱动方案
• 2.6 马达轴与框架连接
• 2.7 转台总体效果图
• 2.8 三轴台结构参数计算
• 2.9 液压马达关键部件有限元分析
• 2.9.1 马达轴作用
• 2.9.2 马达轴有限元分析
• 2.10 本章小结
• 第3章 三轴仿真转台结构动态分析
• 3.1 引言
• 3.2 轴承的简化模型
• 3.2.1 简化模型结构
• 3.2.2 等效简化后轴承轴向刚度和径向刚度
• 3.3 轴承有限元模型
• 3.3.1 杆轴向刚度计算方法
• 3.3.2 轴承单元组成
• 3.3.3 轴承参数化模型
• 3.4 中框架模态
• 3.4.1 节点约束问题
• 3.4.2 实际轴承刚度估算
• 3.4.3 不同约束下的中框架模态
• 3.5 外框架模态
• 3.5.1 子结构基本概念
• 3.5.2 子结构的结合条件
• 3.5.3 子结构划分
• 3.5.4 外框架模态计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 外框架的拓扑优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 拓扑优化简介
• 4.2.1 拓扑优化概念
• 4.2.2 ANSYS 拓扑优化技术
• 4.3 外框架拓扑优化
• 4.3.1 建模与单元选择
• 4.3.2 优化计算结果分析
• 4.3.3 重建CAD 模型并对比优化前后结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 三轴仿真转台液压系统设计与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 液压马达主要参数的设计
• 5.2.1 按液压固有频率设计液压马达弧度排量
• 5.2.2 按加速度计算液压马达弧度排量
• 5.3 按照负载匹配原则选择伺服阀
• 5.4 液压伺服系统仿真
• 5.4.1 建立位置伺服系统传递函数
• 5.4.2 前馈校正性能分析
• 5.4.3 伺服系统仿真
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录： 本文轴承参数化模型程序
• 致谢